DE69724502T2 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner für eine Turbine mit Gas oder Flüssigkeit – als Brennstoff.The invention relates to a gasification burner for one Turbine with gas or liquid - as a fuel.
Ein Turbinenmotor enthält normalerweise einen Luftkompressor, zumindest einen Vergasungsbrenner und eine Turbine. Der Kompressor führt unter Druck Luft in den (die) Vergasungsbrenner – ein Anteil der Luft wird mit dem Brennstoff vermischt, wohingegen die übrige Luft, die durch den Kompressor zugeführt wird, verwendet wird, um die heißen Oberflächen des Vergasungsbrenners und/oder die Verbrennungsgase zu kühlen (d. h. die Gase, die durch den Verbrennungsprozeß erzeugt werden, und/oder andere Bauteile der Turbinenanlage).A turbine engine usually contains an air compressor, at least one gasification burner and one Turbine. The compressor runs under pressure air in the gasification burner (s) - a portion of the air becomes mixed with the fuel, whereas the rest of the air supplied by the compressor used to be the hot surfaces the gasification burner and / or to cool the combustion gases (i.e. H. the gases generated by the combustion process and / or others Turbine system components).
Mit dem Ziel, die Menge an Schadstoffen, die durch den Verbrennungsprozeß erzeugt werden (insbesondere NOx) zu reduzieren, sind Brenner, die mit Magerbrennstoffen gespeist werden, vorgeschlagen worden. Derartige Vergasungsbrenner beinhalten ein Vormischen von Luft und Brennstoff, wobei ein relativ geringer Anteil an Brennstoff verwendet wird. Die Verbrennung findet dann bei relativ niedrigen Temperaturen statt, was die Menge an produzierten Schadstoffen reduziert. In ihrer ursprünglichen Form haben derartige Brenner, die mit Magerbrennstoffen arbeiten, jedoch einen engen Betriebsbereich, d. h. sie können nicht befriedigend in großen Bereichen in bezug auf die Menge des zugeführten Brennstoffs arbeiten und sind anfällig gegenüber Ausblasen oder Rückschlag von Flammen.Burners fed with lean fuels have been proposed with the aim of reducing the amount of pollutants generated by the combustion process (in particular NO x ). Such gasification burners include premixing of air and fuel using a relatively small amount of fuel. The combustion then takes place at relatively low temperatures, which reduces the amount of pollutants produced. However, in their original form, such burners that work with lean fuels have a narrow operating range, ie they cannot work satisfactorily in large ranges in terms of the amount of fuel supplied and are susceptible to blowout or flashback.
Eine bekannte Lösung, die beliebt ist, um die Schwierigkeiten, die diesem Typ Vergasungsbrenner innewohnen, zu überwinden, besteht darin, die Luft- und Brennstoffzuführung in bezug auf die Motorlast einzustellen, z. B. so, daß optimale Fließgeschwindigkeiten und Mischanteile über den gesamten Betriebsbereich erzielt werden. Für Stufenbrenner gibt es bisher unterschiedliche Gestaltungen, ausgehend von solchen mit fester Geometrie, die mehrere Brenner enthalten und in die Brennstoff, abhängig von den Motoranforderungen selektiv eingeleitet wird, bis zu jenen komplizierteren, die bewegliche Teile haben können, um den Fluß der Verbrennungsluft zu steuern.A well-known solution that is popular to overcome the difficulties to overcome in this type of gasification burner is to Air and fuel supply to adjust in relation to the engine load, e.g. B. so that optimal flow rates and mixed proportions over the entire operating range can be achieved. So far there have been for step burners different designs, starting from those with fixed Geometry that contains multiple burners and into which fuel, dependent is selectively initiated from the engine requirements to those more complicated that can have moving parts to the flow of combustion air to control.
Ein spezielles Beispiel für einen
Stufenbrenner kann z. B. in der
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen dreistufigen Vergasungsbrenner mit einem relativ einfachen Aufbau bereitzustellen, der jedoch dennoch wirkungsvoll die Erzeugung von Schadstoffen, die aus dem Verbrennungsprozeß resultieren, minimiert, und zusätzlich mit einer guten Verbrennungsstabilität und in einem ausgezeichneten Arbeitsbereich arbeitet, während gleichzeitig eine rückschlagfreie Verbrennung bereitgestellt wird.The present invention has the Task, a three-stage gasification burner with a relative to provide a simple structure which is nevertheless effective minimizes the generation of pollutants that result from the combustion process, and additionally with good combustion stability and in excellent Workspace works while at the same time a kickback-free Combustion is provided.
Erfindungsgemäß wird ein Vergasungsbrenner
für den
Motor einer Gasturbine bereitgestellt, aufweisend:
eine Vorkammer,
eine
Hauptverbrennungskammer, die in Fließabfolge mit der Vorkammer
angeordnet ist, wobei der Querschnittsbereich der Hauptverbrennungskammer
größer ist
als der Querschnittsbereich der Vorkammer und die Vorkammer direkt
in die Hauptkammer führt,
Einrichtungen
zum Kühlen
des Luftdurchgangs in direkter Wärmeaustauschbeziehung
mit der Hauptverbrennungskammer über
zumindest einen Teil der Länge
der Hauptverbrennungskammer, wobei ein Wandbereich der Durchlaßeinrichtungen
für die
Kühlluft
einen Wandbereich der Hauptverbrennungskammer enthalten,
erste
Einspritzeinrichtungen zur Zuführung
von Brennstoff oder einem Brennstoff-/Luft-Gemisch in die Vorkammer,
zweite
Einspritzeinrichtungen zur Zuführung
von Luft oder einem Brennstoff-/Luft-Gemisch in die Vorkammer,
dritte
Einspritzeinrichtungen zur Zuführung
von Luft oder einem Brennstoff-/Luft-Gemisch in die Hauptverbrennungskammer,
wobei die dritten Einspritzeinrichtungen zumindest eine längliche
Durchlaßeinrichtung
und eine Anordnung zur Einführung
von Brennstoff in die länglichen
Durchlaßeinrichtungen
enthalten,
wobei der Vergasungsbrenner dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein
Wandbereich, der Durchlaßeinrichtungen
für die
Kühlluft,
einen Wandbereich, der länglichen
Durchlaßeinrichtungen
enthält,
wobei die länglichen
Durchlaßeinrichtungen
einen Wärmeaustauschbereich
in direkter Wärmeaustauschbeziehung
mit den Durchlaßeinrichtungen
für die
Kühlluft aufweisen,
um die Luft oder das Brennstoff-/Luft-Gemisch aufzuheizen, bevor
sie/es in die Hauptverbrennungskammer eingespeist wird.According to the invention, a gasification burner for the engine of a gas turbine is provided, comprising:
an antechamber,
a main combustion chamber which is arranged in flow sequence with the prechamber, the cross-sectional area of the main combustion chamber being greater than the cross-sectional area of the prechamber and the prechamber leading directly into the main chamber,
Means for cooling the air passage in direct heat exchange relationship with the main combustion chamber over at least part of the length of the main combustion chamber, a wall area of the cooling air passage means including a wall area of the main combustion chamber,
first injection devices for supplying fuel or a fuel / air mixture into the prechamber,
second injection devices for supplying air or a fuel / air mixture into the prechamber,
third injectors for supplying air or a fuel / air mixture to the main combustion chamber, the third injectors including at least one elongate passage means and an arrangement for introducing fuel into the elongate passage means,
the gasification burner being characterized in that a wall area containing cooling air passages, a wall area containing elongate passage means, the elongate passage means having a heat exchange area in direct heat exchange relationship with the cooling air passage means to the air or the fuel / Heat the air mixture before it is fed into the main combustion chamber.
Die Verbrennungskammer und die Vorkammer werden bevorzugt von einer oder mehreren zylindrischen Wänden begrenzt, wobei die Vorkammer und die Verbrennungskammer jeweils eine zylindrische Form haben. Bevorzugt enthält eine Vergrößerung des Querschnittsbereiches einen Übergangsbereich zwischen der Vorkammer und der Verbrennungskammer.The combustion chamber and the prechamber are preferably delimited by one or more cylindrical walls, the prechamber and the combustion chamber each being cylindrical To have shape. Preferably contains an enlargement of the Cross-sectional area a transition area between the antechamber and the combustion chamber.
Die Anordnung zur Einführung von Brennstoff in die längliche Durchlaßeinrichtung kann einen Sprühstab beinhalten.The order to introduce Fuel in the elongated passage means can use a spray wand include.
Die längliche Durchlaßeinrichtung kann allgemein eine ringförmige Form mit einer radial inneren Wand und einer radial äußeren Wand aufweisen, wobei die radial innere Wand zumindest teilweise durch eine Wand, die die Verbrennungskammer begrenzt, gebildet wird, und die längliche Durchlaßeinrichtung und die Einrichtung für die Kühlluft beide eine ringförmige Form haben können, wobei der Durchlaß für die Kühlluft radial außerhalb der Brennkammer angeordnet ist und die längliche Durchlaßeinrichtung radial außerhalb des Durchlasses für die Kühlluft angeordnet ist.The elongate passage means may be generally annular in shape with a radially inner wall and a radially outer wall, the radially inner wall at least partially is formed by a wall defining the combustion chamber, and the elongate passage means and the cooling air means can both have an annular shape, the passage for the cooling air being located radially outside the combustion chamber and the elongate passage means radially outside the passage for the cooling air is arranged.
Die axiale Flußrichtung der Luft oder des Brennstoff-/Luft-Gemisches in der länglichen Durchlaßeinrichtung kann entgegengesetzt zu der axialen Flußrichtung der Kühlluft in dem Durchlaß sein.The axial flow direction of the air or the fuel / air mixture in the elongated passage means can be opposite to the axial flow direction of the cooling air the passage.
Alternativ kann der Fluß des Brennstoff-/Luft-Gemisches in der länglichen Durchlaßeinrichtung die gleiche Richtung wie der Fluß der Kühlluft in der Durchlaßeinrichtung für die Kühlluft haben.Alternatively, the flow of the fuel / air mixture in the elongated passage means the same direction as the flow of cooling air in the passage device for the cooling air to have.
Die Durchlaßeinrichtung kann eine Turbulenzen erzeugende Einrichtung haben, die zumindest ein Rohr enthalten kann, das sich zwischen den Wänden, die die Durchlaufeinrichtung begrenzen, erstreckt. Das oder jedes Rohr kann ein offenes Ende aufweisen und Einrichtung für den Einlaß von Kühlluft von außerhalb des Brenners in den Durchlauf für die Kühlluft enthalten.The passage device can cause turbulence have generating device which can contain at least one tube, between the walls, which limit the flow device. That or each Pipe can have an open end and means for the admission of cooling air from outside of the burner in the pass for the cooling air contain.
Das Innere der Wand oder der Wände, die die Verbrennungskammer umgeben, und der Vorkammer können eine thermische Sperrschicht aufweisen, die auf diese aufgebracht ist.The inside of the wall or walls that the Combustion chamber surrounded, and the prechamber can create a thermal barrier have, which is applied to this.
Zumindest eine der Wände, die die längliche Durchlaßeinrichtung begrenzt, kann einen geriffelten Querschnitt aufweisen.At least one of the walls that the elongated passage device limited, can have a corrugated cross section.
Nach einer bevorzugten Anordnung kann die erste Einspritzeinrichtung ein Luft-/Brennstoff-Gemisch mit lokalen brennstoffreichen Bereichen bereitstellen.According to a preferred arrangement the first injector can be an air / fuel mixture provide with local fuel-rich areas.
Die zweite Einspritzeinrichtung kann einen Brennstoffnebelstab, eine Lufteinlaßeinrichtung und eine Kammer enthalten, in der Brennstoff und Luft gemischt werden.The second injector can a fuel spray wand, an air intake device, and a chamber included, in which fuel and air are mixed.
Es ist beabsichtigt, daß Kühlluft von der Durchlaßeinrichtung für die Kühlluft in das Innere des Vergasungsbrenners tritt, wobei zumindest ein Teil der Kühlluft durch zumindest eine Öffnung neben einem stromabwärts angeordneten Bereich in die Verbrennungskammer treten kann und/zumindest ein Teil der Kühlluft durch zumindest eine Öffnung in dem Bereich der Überführungsleitung in das Innere des Brenners treten kann.It is intended that cooling air from the passage device for the cooling air enters the interior of the gasification burner, at least one Part of the cooling air through at least one opening next to a downstream arranged area can enter the combustion chamber and / or at least part of the cooling air through at least one opening in the area of the transfer line can enter the inside of the burner.
Es werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denenThere will be embodiments of the invention described by way of example with reference to the accompanying drawings, in to those
Der Brenner kann in jeder herkömmlichen Turbinenausstattung verwendet werden, wie zum Beispiel einer Rohr- (Einfachbehälter oder Mehrfachbehälter), einer Rohr-Ring- oder Ringausführung.The burner can be used in any conventional turbine equipment can be used, such as a pipe (single container or Multiple container) a pipe-ring or ring version.
Der Vergasungsbrenner
Die Einspritzeinrichtung
Die Einspritzeinrichtung
Eine Einspritzeinrichtung
Die zweite Einspritzeinrichtung wird
so betrieben, daß Brennstoff
für die
Verbrennung zwischen etwa 25% und 75 der Motorleistung zugeführt wird, wobei
Brennstoff zu dem zugegeben wird, was bereits durch die erste Einspritzeinrichtung
Die dritte Einspritzeinrichtung
Wie gezeigt, enthält die dritte Einspritzeinrichtung
Wie oben angegeben wurde, ist der
Durchlaß
Die Wände
Wie oben angegeben, enthält der Brenner eine Kühlanordnung, die Kühlluft verwendet. Die Kühlluft wird durch den Kompressor der Gasturbinenanlage zugeführt, wobei ein bestimmter Anteil der Luft für Verbrennungszwecke und der Rest zum Kühlen dient.As stated above, the burner contains one Cooling arrangement the cooling air used. The cooling air is supplied by the compressor to the gas turbine system, where a certain percentage of air for Combustion and the rest for cooling.
Der Fluß der Kühlluft in der dargestellten Ausführungsform
wird durch Pfeil
Ferner ist anzumerken, daß ebenfalls
eine Übertragung
von Wärme
aus dem Kühlluftstrom
Es ist anzumerken, daß im Fall
eines einwandigen Brenners, in dem es keinen ringförmigen Durchlaß
Die Ausführungsform in
In der Ausführungsform der
Die Ausführungsform der
In der Ausführungsform der
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---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |